科学实践情境测评视域下2021年生物学高考试题分析

隋畅 李秋石

摘要以2021年生物学高考试题为例，分析归纳试题中科学实践情境的呈现方式与测评维度。科学实践情境主要围绕三方面展开，真实科研探索过程、生活生产需求以及社会性科学议题，以此考查学生的实验探究素养、工程技术素养以及社会责任转化。

关键词 生物学高考试题 科学实践情境 测评分析

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

高中生物学课程是科学领域的重要课程之一，而科学具有很强的实践性，“作为实践的科学”促使科学教学要关注科学实践情境的创设和运用，促进科学探究与科学实践的转化。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》在课程目标中明确提出，学生通过本课程的学习能够掌握科学探究的思路和方法，形成合作精神，善于从实践的层面探讨或尝试解决现实生活问题，具有开展生物学实践活动的意愿和社会责任感。教育部考试中心于2019年11月出台了《中国高考评价体系》，提出以“生活实践或学习探索问题情境为载体”承载考查内容。由此可以看出，科学实践测评的重要性。高考作为全国选拔人才的重要形式，其试题对于教育研究者们有很强的参考与借鉴意义，通过对2021年科学实践情境化高考试题分析，发现试题中科学实践情境主要围绕三方面展开，真实科研探索过程、生活生产需求以及社会性科学议题，以此考查学生实验探究素养、工程技术素养以及社会责任转化。

1结合真实科研探究过程，发展实验探究素养

试题结合真实科研探索过程，能够加深学生科学知识的掌握，激发学生科学思维与科学探究能力，从而促进学生提升实验探究素养。通过对高考题进行分析，实验探究素养考查要点主要分为以下三类。

1实验设计类，如2021年高考全国乙卷理综生物第32题第1问，题中创设真实杂交实验情境，呈现以灰体纯合子雌果蝇和黄体雄果蝇为实验材料，要求学生设计杂交实验以获得黄体雌果蝇。这部分主要涉及基因自由组合定律以及伴性遗传规律应用的相关知识。答题关键在于利用分离定律思维解决自由组合定律概率计算问题，意在考查考生运用所学知识设计实验解决实际问题的能力，有助于学生形成良好的科学实验探究素养。2信息处理类，如2021年广东省生物学高考试题第14题，创设了学生去香蕉种植合作社开展研学活动的真实情境，以乙烯利溶液为处理剂，研究乙烯对香蕉的催熟过程，并呈现设计的技术路线图，培养了学生根据科学实验原理与实验过程，进行信息处理与实验分析的能力，从而指向实验探究素养的落实。3综合运用类，如全国甲卷生物试题第30题、河北省高考生物试题第19题、广东省生物学高考试题第14题，题中皆创设某研究人员的真实实验探究过程，实验环节与问题环环相扣，从实验原理、实验过程、实验方法、实验选材4个维度对学生的实验探究能力进行考查，增强学生的科研代入感，培养学生在真实情境下进行科研探索的能力，进一步提升实验探究素养。

【例1】（2021·全国甲卷·30题）用一段由放射性同位素标记的DNA片段可以确定基因在染色体上的位置。某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸（dATP，dA-Pα～Pβ～Pγ，）等材料制备了DNA片段甲（单链），对W基因在染色体上的位置进行了研究，实验流程的示意图如图1所示。

回答下列问题：

（1）该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时，所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P，原因是。

（2）该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品，在混合操作之前去除了样品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是。

（3）為了使片段甲能够通过碱基互补配对与染色体样品中的W基因结合，需要通过某种处理使样品中的染色体DNA。

（4）该研究人员在完成上述实验的基础上，又对动物细胞内某基因的mRNA进行了检测，在实验过程中用某种酶去除了样品中的DNA，这种酶是。

参考答案：

（1）dATP分别脱掉α、β位上的磷酸基团后，成为构成DNA分子的基本单位

（2）防止RNA与DNA片段甲碱基互补配对，影响基因在染色体上的定位

（3）解螺旋为单链

（4）DNA（水解）酶

分析：题干中给出某研究人员使用放射性同位素32P标记的脱氧腺苷三磷酸（dATP，dA-Pα～Pβ～Pγ）等材料制备DNA片段甲，对W基因在染色体上的位置进行研究的实验流程示意图，实验流程为实验材料的制备、混合、漂洗和放射性检测。试题通过呈现研究人员实验探索过程的真实实验情境，从实验原理、实验过程、实验方法、实验选材4个维度对学生的实验探究能力进行考查，发展学生的实验探究素养。

根据题意，通过将32P标记的DNA分子与被测样本中的W基因进行碱基互补配对，形成杂交带，可以推测出W基因在染色体上的位置。本题共设置4个问题，首先是实验原理的考查：其中（1）和（4）分别考查学生对ATP、DNA的分子组成结构以及碱基互补配对原则的掌握，dATP脱去Pβ和Pγ后，则为嘌呤脱氧核苷酸，是合成DNA的原料之一，并且只有DNA分子解旋后的单链片段才能与32P标记的DNA片段甲进行碱基互补配对，所以需要对样品中的DNA分子进行解旋处理。其次，是对科学实验方法的考查：该研究人员以细胞为材料制备了染色体样品，在混合操作之前去除了样品中的RNA分子，提问去除RNA分子的目的，考查了控制变量法，RNA分子也可以与染色体DNA进行碱基互补配对，因此去除RNA分子是防止RNA与DNA片段甲碱基互补配对，影响实验结果。最后，关于实验材料的选择：该研究人员在完成上述实验的基础上，又对动物细胞内某基因的mRNA进行了检测，在实验过程中用某种酶去除了样品中的DNA，这种酶是什么？本题需要学生依据酶的专一性原则选择能够水解DNA的酶进行实验，只有DNA酶可以水解DNA分子从而去除样品中的DNA。

2结合生活生产需求，落实工程技术素养生物工程与技术是以生物学知识为设计基础，以人类生产生活需求为目标进行的开发创造，是推动生物学不断进步，提高人类生活质量的关键，因此提升学生工程技术素养成为科学教育领域的重点目标。工程技术素养主要包括生物学工程技术的理解、掌握、应用、创新改造和评价等，可分为技术知识与文化、技术能力、技术态度与责任3个维度。例如，广东省生物学高考试题第21题创设了提高甘蔗整体利用价值的生产需求情境，以工程技术素养为载体考查微生物的分离和计数的相关知识。全国乙卷生物试题第37题创设了利用微生物发酵制作酱油的生产需求情境，以中华传统发酵技术—酱油的制作为情境载体，促进工程技术素养的落实。全国甲卷生物试题第37题创设了有关加酶洗衣粉的生活情境，通过呈现某同学的实验结果比较几种洗衣粉的去渍效果，加强与实际生活的联系，培养学生分析和解决生活中具体问题的能力，从而促进工程技术素养生成。

【例2】（2021·全国乙卷·37题）工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如图2所示。

回答下列问题：（1）米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供_______。

（2）米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的_____、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和______。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于__________（填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”）微生物。

（3）在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于_______（填“真核生物”或“原核生物”）：添加的酵母菌在無氧条件下分解葡萄糖的产物是________在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是_________（答出1点即可）。

参考答案：

（1）蛋白质 碳源

（2）蛋白酶 脂肪酶 氨基酸 异养好氧

（3）原核生物 二氧化碳、酒精 NaCl（或乳酸或 酒精）

分析：此题隶属于生物技术实践版块，题目创设呈现某企业通过微生物发酵制作酱油的生产实践情境，考查学生对微生物培养、传统发酵技术的原理及应用，以生产实践情境为载体促进技术知识与文化、技术能力、技术态度与责任3个维度的落实，从而提升学生的工程技术素养。

在技术知识与文化方面：题干中表明利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史，彰显中华民族悠久的文化历史，坚定学生的文化自信，宣传了技术文化.本题共设置3个问题，前两个问题主要考查技术知识维度，微生物生长的环境与习性、酶的种类与功能，如微生物的生长需要碳源、氮源、水分和无机盐，而大豆中富含蛋白质，可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中富含淀粉，可为米曲霉的生长提供碳源。在技术能力方面，本题第3问侧重于学生应用技术知识分析解决问题的能力，要求学生根据流程图分析发酵阶段中可以抑制杂菌生长的物质。解决这个问题，学生要知道酱油制作过程中需防止杂菌污染，通过添加食盐，利用其改变渗透压的原理，可以抑制杂菌微生物的生长，除此以外，题目中所添加的酵母菌和乳酸菌，其发酵产物酒精和乳酸也能抑制杂菌微生物的生长。在技术态度与责任方面，题目中举例说明发酵工程在食品以及工业生产上有重要的应用价值，鼓励学生将自己所拥有的技术知识、技术能力创造性地应用于现实生活，利于培养学生形成具有创造性和可实践性的技术态度。

3结合社会性科学议题，促进社会责任转化社会性科学议题具有较强的情境性，涉及许多与实际生活相联系的问题，包含价值判断，学生可运用所学知识寻求相关证据参与讨论，加强高层次认知与思考能力，培养科学态度与社会责任素养，提升理智参与社会决策的公民意识。社会性科学议题包括生态环境、疫苗等科学问题，能够让学生基于生物学的知识，作出理性解释和判断，参与个人与社会事物的讨论，促进学生社会责任的转化。例如，在2021年广东省生物学高考试题17题和河北省生物学高考试题22题中，都呈现了全球变暖的社会性科学议题情境。全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题，以此为情境载体有利于促进学生社会责任转化。2021年北京高考生物试卷31题创设了环境激素影响小鼠产生精子数的情境。环境激素是指由于人类的生产和生活活动排放到周围环境中的化学物质，其影响了小鼠的生命活动，最终可通过食物链传递影响到人类自己，在考查学生对实验结果分析和比较能力的同时加强学生生态保护的意识，促进社会责任转化。2021年广东省生物学高考试题第1题就呈现了新冠疫情与新冠疫苗情境，全球疫情形势仍然严峻，新冠疫情无疑成为社会性科学议题的聚焦热点，题干首先阐述我国疫情防控的重大举措然后转向对灭活疫苗的知识考查，表示为更有效地保护人民身体健康，我国政府正在大力实施全民免费接种新冠疫苗计划，充分体现了党和国家对人民的关爱，促进学生社会责任感的生成。

【例3】（2021·广东·17题）为积极应对全球气候变化，我国政府在2020年的联合国大会上宣布，中国于2030年前确保碳达峰（CO2排放量达到峰值），力争在2060年前实现碳中和（CO2排放量与减少量相等），这是中国向全世界的郑重承诺，彰显了大国责任。回答下列问题：

（1）在自然生态系统中，植物等从大气中摄取碳的速率与生物的呼吸作用和分解作用释放碳的速率大致相等，可以自我维持_________________。自西方工业革命以来，大气中CO2的浓度持续增加，引起全球气候变暖，导致的生态后果主要是________________________________。

（2）生态系统中的生产者、消费者和分解者获取碳元素的方式分别是_________________，消费者通过食物网（链）取食利用，_______________________。

（3）全球变暖是当今国际社会共同面临的重大问题，从全球碳循环的主要途径来看，减少___________和增加________是实现碳达峰和碳中和的重要举措。

参考答案：

（1）碳平衡极地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等

（2）光合作用和化能合成作用、捕食、分解作用从而将碳元素以含碳有机物的形式进行传递

（3）碳释放碳存储分析：本题借助全球变暖社会性科学议题，创设关于“碳达峰”与“碳中和”的生态问题情境，以大国担当、大国责任为主题，以碳循环的过程为主线，以提出应对全球变暖的解决措施为落脚点。从全球碳循环的主要途径来看，一方面从源头上减少二氧化碳的排放，主要是减少化石燃料的燃烧、开发新能源等来减少二氧化碳的产生;林、退耕还林、保护森林等，使学生意识到增加碳存储和减少碳释放是实现碳达峰和碳中和的重要举措，加强学生保护生态环境的意识，促进社会责任转化。

参考文献：

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